[发明专利]控制卫星在地球轨道中的轨道的方法、卫星和控制这种卫星的轨道的系统

说明书

本发明涉及一种用于控制卫星(10)在地球轨道中的轨道的方法(50)，通过根据机动计划控制包括至少一个推进器的推进装置(30，31)以及用于移动所述推进装置的移动装置(20，21)来控制卫星(10)的轨道。根据本发明，所述机动计划包括至少两个轨道控制机动，推进装置(30，31)在所述两个轨道控制机动期间的推力具有在惯性参照系中不平行的相应的推进方向，所述推力中的每一个被确定成同时控制卫星的轨道的倾角和位置以及形成与所述推力的推进方向正交的平面中的、使所述卫星的角动量存储装置去饱和的力矩。

技术领域

本发明属于卫星的轨道和姿态控制领域。本发明特别有利地(但不限于)应用于在对地静止轨道(GEO)中的装备有电动推进装置的电信卫星的情况。

背景技术

已知地球轨道中的卫星受到许多干扰。干扰一方面趋向于使得卫星相对于其轨道中的设定点位置发生移动，而另一方面趋向于修改所述卫星相对于设定点姿态的姿态。

为了使卫星基本保持在设定点位置和设定点姿态，有必要对所述卫星执行轨道控制和姿态控制。

轨道控制在于限制轨道参数的变化，轨道参数通常以卫星轨道的倾角、经度和偏心率来表示。在GEO轨道中的诸如电信卫星这样的卫星的情况下，轨道控制相当于控制卫星相对于地球的位置并且又被称为位置保持(S/K)。

针对GEO轨道中的卫星的轨道控制通常采用若干轨道控制机动，在轨道控制机动期间卫星的助推器被激活。通过在各种轨道控制机动期间调整由所述推进器产生的推力并且还通过调整所述推进器的激活持续时间，来执行卫星的轨道控制。以传统方式，执行若干轨道控制机动：

-南/北(N/S)机动使得能够控制卫星的轨道的倾角，

-东-西(E/W)机动使得能够控制卫星的轨道的经度。

通常，在化学推进器的情况下，在E/W机动期间控制偏心率；或者在电动推进器的情况下，在N/S机动期间控制偏心率。

可以将卫星参照系定义成以所述卫星的质心为中心并且包括三个轴X、Y和Z：X轴平行于卫星的速度矢量，Z轴指向地球以及Y轴与X轴和Z轴正交。在卫星参照系中，N/S机动需要沿Y轴的推力，而E/W机动需要沿卫星参照系的X轴的推力。

在一般情况下，N/S机动和E/W机动采用可能利用不同技术(例如，对于N/S机动是电动的，而对于E/W机动是化学的)的分开的推进器。用于N/S机动的推进器可以安装于移动装置上。这样的移动装置被用来使推进器的推进方向在YZ平面上保持与卫星的质心(卫星的质心会根据储罐中的推进剂的量、有效负载的设备的位置/定向等而随时间变化)对齐，以避免产生可能修改卫星姿态的力矩。

轨道控制机动的时间(即，推进器的激活时间)、所述轨道控制机动的持续时间(即，推进器的激活持续时间)以及所述轨道控制机动的推力构成轨道控制机动计划。该机动计划被确定成使得推进器的消耗最小，同时将轨道参数保持在预定范围内。

姿态控制在于控制卫星的定向，特别是相对于地球的定向。当卫星在轨道中就位时，干扰会施加力矩，该力矩趋向于使得所述卫星围绕其质心转动并且因此修改所述卫星相对于设定点姿态的姿态。要注意的是，轨道控制机动也可以在推力未与卫星质心完全对齐的情况下施加干扰力矩。

为了使卫星保持在设定点姿态，通常卫星装备有角动量存储装置。角动量存储装置包括例如至少三个具有线性无关的转轴的反作用飞轮。通过控制所述反作用飞轮的旋转速度，可以产生与干扰力矩相反的力矩。

由于干扰力矩的累积效应，因此所述反作用飞轮的旋转速度以及因此所存储的角动量趋向于逐渐增加。因此，有必要定期地使角动量存储装置去饱和以限制所述反作用飞轮的速度偏差。“去饱和”意指对卫星施加外部动量，该外部动量在被角动量存储装置吸收时使得能够减小所存储的角动量的量。角动量存储装置的这种去饱和称为角动量卸载。